化工原理第12章01改.ppt

第12章 其它传质分离方法 12.1 结晶 12.1.1 概述 （1）结晶操作类型 ①溶液结晶——溶液中析出固态结晶，如海水制盐 ②升华结晶——气相中析出结晶，如雪 ③熔融结晶——熔融物中析出固态结晶， 如混合二甲苯制对二甲苯 ④反应沉淀——液相反应，如Fe2O3磁粉， 气相反应，如TiO2钛白粉雾凇,（2）结晶操作特点 ①能在杂质多的混合液分离高纯度晶体，如单晶硅 ②共沸物、热敏性物质的分离，如邻、对硝基苯 ③结晶热小，能耗比精馏低见P185表12-1） （3）对产物要求 ①产物纯度高 ②适当的粒度、粒度分布窄 ③晶形(针形、片状、棒状等) （4）晶系 晶格——晶体微观粒子几何排列规则的最小单元 晶系——按晶格结构分类，同一物质，条件不同，可属不同晶系12.1.2溶解度及溶液过饱和 （1）溶解度曲线 状态：饱和溶液C=C* 不饱和溶液CC* 超溶解度曲线(开始析出晶核) 第一介稳区，加入晶种才会结晶； 第二介稳区，会自发成核，需要时间(延滞期)2）过饱和度表示方法 过饱和度ΔC=C-C* 过饱和度比S=C/C* 相对过饱和度δ=ΔC/C* （3）形成过饱和状态的方法 ①降低温度(冷却结晶) ②溶液浓缩(蒸发) 选用哪种合适，看溶解度曲线形状 真空自蒸发：两者兼有。

12.1.3 结晶机理与动力学 （1）结晶的两个阶段：晶核生成，晶体成长 成核机理： ①初级均相成核, ΔC较大时自发生成，不宜采用 ②初级非均相成核，外来物诱导生成，步骤多 ③二次成核，已有晶体的破碎 再结晶现象 （2）结晶速率 ①成核速率 1/m3s ②晶体成长速率 m/s ∵m2,n=1~2 ∴ ΔC大，有利于成核; ΔC小，有利于晶体成长影响结晶速率的因素 1）过饱和度 2）黏度 3）密度 4）位置 5）搅拌 12.1.4 结晶过程的物料和热量衡算 结晶热——生成单位质量溶质晶体所放热量 溶解热——单位溶质晶体在溶剂中溶解所吸热量 (易测)(无限稀释) 结晶热≈-溶解热,（1）物料衡算 溶质: Fw1=mw2+(F-W-m)w3 注：w2不一定为100% 如：Na2CO3分子量106，Na2CO3·10H2O为286 w2=106/286=0.371,（2）热量衡算 Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3 整理后 Wr = mr结晶 + FCp(t1-t3) + Q 汽化潜热 溶液降温放热 溶液结晶放热 外界加热,12.1.5 结晶设备 （1）搅拌式冷却结晶器,（2）奥斯陆蒸发结晶器 (母液循环式),（3）多级真空结晶器(自蒸发),（4）结晶器的选择 ①溶解度曲线 较陡：冷却、真空自蒸发。

较坦：蒸发浓缩 ②能耗、物性、产品粒度、粒度分布要求、处理量大小 12.1.6其他结晶方法,12.2 吸附分离 12.2.1 概述 （1）吸附与解吸 目的：分离流体混合物 物理吸附：范德华力，吸附热小 化学吸附：化学键合，吸附热大 基本原理：选择性吸附 吸附剂再生：解吸,分类(按解吸方法)： ①变温吸附，蒸汽加热解吸 ②变压吸附，降压解吸 ③变浓度吸附，用惰性溶剂冲洗 ④置换吸附，用其它吸附质置换 （2）常用吸附剂 ①活性炭 如：果核炭化, 活性炭纤维, 炭分子筛 疏水性、亲有机物，如：脱水中的有机物 分子筛——晶格结构一定、有许多孔径大小均一 微孔，起筛选分子作用，选择性强 ②硅胶 无定形水合二氧化硅，亲水性 如：气体脱水,③活性氧化铝 极性吸附剂，用于液体脱水等 ④各种活性土(漂白土、铁矾土、酸性白土) 价廉易得，一次性使用 如：润滑油脱色、脱硫 ⑤合成沸石和天然沸石分子筛 硅铝酸金属盐, 化学稳定性高，微孔尺寸大小均一，强极性吸附剂 如：废水脱除重金属离子及海水提钾 ⑥吸附树脂 高分子物质经反应引进官能团 有非极性、中极性、极性和强极性 如：维生素的分离、过氧化氢的精制3）吸附剂的基本特性 ①吸附剂的比表面a 例：活性炭微孔比表面占95% ②吸附容量xm 吸附表面每个空位都单层吸满吸附质分子时的吸附量: kg吸附质/kg吸附剂。

与温度、吸附剂结构、性质有关③吸附剂密度 a.装填密度 与空隙率 b.颗粒密度 (表观密度)： c.真密度 (扣除颗粒内孔腔体积) 和内孔隙率 ：,（4）工业吸附对吸附剂的要求 ①内表面大：内表面大吸附容量大 ②活性高：内表面都能起吸附作用 ③选择性强 ④机械强度和物理特性(如颗粒大小) ⑤化学稳定性、热稳定性，价廉易得12.2.2 吸附相平衡 （1）吸附等温线,三种类型： 类型Ⅰ有利的吸附等温线 类型Ⅲ 不利的吸附等温线 类型Ⅱ线性吸附等温线,（2）吸附平衡关系式 ①低浓度吸附(线性关系) x=HC 或 x=H’p ②单分子层吸附——朗格缪尔方程 吸附表面遮盖率 θ(=x/xm) 吸附速率 kap(1-θ) 解吸速率 kdθ 得 单分子层吸附朗格缪尔方程,12.2.3 传质及吸附速率 （1）吸附传质机理 吸附传质步骤:外扩散、内扩散、吸附 内扩散类型： ①分子扩散：孔径远大于平均自由程 ②努森(Knudsen)扩散： 孔径小于平均自由程, 判据Kn=λ/d A、B混合气体分子动能相等 分子量小速度大,努森流有分离作用 ③表面扩散 ④固体(晶体)扩散 （2）吸附速率 外扩散 NA=kf (c-ci) 内扩散 NA=kS (xi-x) 总传质系数表示 NA=Kf (c-ce)=KS (xe-x) 内扩散控制Ks≈ks,12.2.4 固定床吸附过程分析 （1）理想吸附过程 简化假定： ①单组分吸附，有利的吸附等温线。

②床层吸附剂均匀，吸附剂初始浓度、温度均 一 ③流体定态加料，浓度、温度、流量不变 ④吸附热可忽略，流体与吸附剂等温2）吸附相的负荷曲线,（3）流体相的浓度波与透过曲线 浓度波—— c~z 变化曲线 浓度波速度uc 透过曲线—— c出~τ 变化曲线 透过点: cB~0.05c1, 透过时间τB 饱和点: cS~0.95c1, 饱和时间τS 透过曲线~浓度波: 镜面对称 实验测定c出~τ ，可确定浓度波，L0，KS 床层的利用率： 传质区越薄，床层利用率越高,固定床吸附过程的数学描述 1）物料衡算微分方程式 2）相际传质速率方程式,,,,,,,,,,c1,c2,x1,x2,（u0－uc）AεB,ucA（1－εB）ρp,,,,,c,c＋dc,x,x＋dx,固定床吸附过程的计算 1）吸附过程的积分表达式 2）浓度波移动速度 3）传质单元数和传质单元高度 uuc,4）传质区两相浓度关系——操作线方程 5）总物料衡算式 6）过程的计算,（4）固定床吸附过程的计算 传质单元高度 传质单元数,总物料衡算,12.2.5 吸附分离设备 （1）固定床吸附器,（2）釜式吸附器,（3）连续式吸附设备,本次讲课习题： 第12章 1，2,。